Pasta, termopady czy thermal putty – czego używać do chłodzenia GPU i laptopa?

Pasta termoprzewodząca, termopady i thermal putty służą do poprawienia przepływu ciepła pomiędzy podzespołem a układem chłodzenia, ale nie powinny być stosowane zamiennie bez sprawdzenia konstrukcji urządzenia. Pasta najlepiej sprawdza się tam, gdzie radiator niemal bezpośrednio styka się z procesorem lub rdzeniem GPU. Termopady i thermal putty są natomiast przeznaczone przede wszystkim do wypełniania większych szczelin, na przykład pomiędzy radiatorem a pamięcią VRAM, sekcją zasilania VRM czy innymi elementami znajdującymi się na płycie.

Ma to szczególne znaczenie podczas serwisowania kart graficznych i laptopów. Zastosowanie niewłaściwego materiału albo termopadu o złej grubości może nie tylko pogorszyć temperatury, ale również zmniejszyć docisk radiatora do CPU lub GPU. Dlatego podczas konserwacji układu chłodzenia nie warto kierować się wyłącznie przewodnością cieplną podawaną przez producenta. Równie ważne są grubość materiału, jego podatność na ściskanie oraz wielkość szczeliny, którą musi wypełnić.

Pasta termoprzewodząca – gdzie należy ją stosować?

Klasyczna pasta termoprzewodząca jest przeznaczona do bardzo cienkiej warstwy pomiędzy dwiema powierzchniami, które po zamontowaniu chłodzenia znajdują się praktycznie bezpośrednio obok siebie.

W komputerach stacjonarnych będzie to przede wszystkim połączenie pomiędzy IHS procesora a podstawą radiatora lub bloku chłodzenia wodnego. W laptopach oraz kartach graficznych pasta jest często nakładana bezpośrednio na odsłonięty rdzeń CPU lub GPU.

Jej zadaniem nie jest stworzenie grubej warstwy pomiędzy elementami. Pasta wypełnia mikroskopijne nierówności powierzchni, z których powietrze przewodziłoby ciepło znacznie gorzej.

Dlatego warstwa pasty powinna być możliwie cienka, ale jednocześnie zapewniać pełne pokrycie powierzchni wymagającej chłodzenia.

Przy odsłoniętym rdzeniu GPU szczególnie ważne jest, aby materiał termoprzewodzący pokrywał całą powierzchnię układu. Brak pasty nawet na niewielkiej części rdzenia może prowadzić do bardzo wysokiej temperatury hotspotu.

Pasta nie nadaje się natomiast do wypełniania dużych szczelin. Jeżeli pomiędzy pamięcią VRAM a radiatorem znajduje się na przykład 1 mm przestrzeni, nałożenie grubej warstwy zwykłej pasty jest złym rozwiązaniem. Materiał może zostać wypchnięty, zmienić swoją grubość, a kontakt termiczny będzie znacznie mniej przewidywalny niż w przypadku właściwie dobranego termopadu lub putty.

Co to jest termopad?

Termopad jest elastycznym arkuszem materiału przewodzącego ciepło. Występuje w różnych grubościach, najczęściej od około 0,5 do kilku milimetrów.

Jego podstawowym zadaniem jest wypełnienie szczeliny pomiędzy chłodzonym elementem a radiatorem.

W kartach graficznych termopady znajdują się najczęściej na:

• pamięciach VRAM,
• elementach sekcji zasilania VRM,
• niektórych kontrolerach i dodatkowych układach,
• elementach kontaktujących się z backplate’em.

Podobnie wygląda sytuacja w laptopach. Jeden wspólny moduł chłodzenia może stykać się bezpośrednio z procesorem i GPU, a jednocześnie znajdować się kilka dziesiątych milimetra lub kilka milimetrów nad pamięciami i elementami zasilania. W takich miejscach producent stosuje termopady albo materiał typu thermal putty.

Termopady mają jedną bardzo ważną cechę – określoną grubość.

Można kupić pad 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm czy 3 mm. Dzięki temu przy znanej konstrukcji urządzenia można bardzo precyzyjnie odtworzyć fabryczny układ chłodzenia.

Problem zaczyna się wtedy, gdy nie znamy wymaganej grubości.

Dlaczego grubość termopadu jest tak ważna?

Wymiana termopadów w karcie graficznej nie powinna polegać na kupieniu przypadkowego arkusza i wycięciu kawałków podobnej wielkości.

Grubość ma bezpośredni wpływ na docisk całego chłodzenia.

Załóżmy, że fabrycznie karta wykorzystuje termopad o grubości około 1 mm. Jeżeli zastąpimy go znacznie grubszym albo bardzo twardym padem, radiator może zostać uniesiony nad płytą.

W efekcie pamięć VRAM może mieć dobry kontakt z chłodzeniem, ale rdzeń GPU zacznie gorzej stykać się z podstawą radiatora.

Skutek bywa paradoksalny: po wymianie termopadów temperatura pamięci spada, ale temperatura GPU i hotspotu gwałtownie rośnie.

W skrajnej sytuacji zbyt gruby lub mało podatny na ściskanie termopad może także wyginać laminat PCB i powodować niepotrzebny nacisk na lutowane elementy.

Za cienki pad również jest problemem. Jeżeli materiał nie wypełnia całej przestrzeni, pomiędzy nim a radiatorem pozostanie szczelina i ciepło nie będzie prawidłowo odprowadzane.

Dlatego przy klasycznych termopadach trzeba znać nie tylko ich nominalną grubość, ale również stopień kompresji.

Miękki termopad często jest lepszy niż bardzo twardy

Przy wyborze termopadu użytkownicy często koncentrują się niemal wyłącznie na parametrze przewodności cieplnej podawanym w W/mK.

Nie jest to jedyna cecha mająca znaczenie.

Bardzo dobry termopad powinien również odpowiednio dopasować się do powierzchni oraz niewielkich różnic wysokości pomiędzy elementami. Dlatego miękkość i podatność na kompresję są szczególnie ważne przy kartach graficznych i laptopach.

Miękki pad może zostać lekko ściśnięty podczas dokręcania chłodzenia i dopasować się do rzeczywistej szczeliny. Jednocześnie wywiera mniejszy nacisk na PCB.

Twardy materiał o bardzo wysokiej deklarowanej przewodności może w praktyce wypaść gorzej, jeżeli uniemożliwi prawidłowy montaż radiatora.

Dlatego w zastosowaniach serwisowych dobrym rozwiązaniem są miękkie, łatwo dopasowujące się termopady. Przykładem mogą być serie takie jak GELID GP-Extreme czy ARCTIC TP-3, ale nawet w ich przypadku nadal trzeba dobrać odpowiednią grubość.

Co to jest thermal putty?

Thermal putty można przetłumaczyć jako termoprzewodzącą masę wypełniającą. Konsystencją przypomina miękką plastelinę albo bardzo gęstą pastę, ale technicznie pełni inną funkcję niż klasyczna pasta termoprzewodząca.

Putty służy przede wszystkim do wypełniania szczelin.

Może zastępować termopady na pamięciach VRAM, elementach VRM i innych podzespołach, które znajdują się w pewnej odległości od radiatora.

Największą zaletą jest możliwość dopasowania materiału do różnych wysokości.

Na jednej karcie graficznej producent może stosować termopady 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm i 2 mm. Przy wymianie trzeba więc znać wszystkie wartości i kupić kilka rodzajów materiału.

Thermal putty można nałożyć w odpowiedniej ilości na poszczególne elementy, a podczas montażu radiatora masa zostanie ściśnięta i dopasowana do dostępnej przestrzeni.

Właśnie dlatego putty stało się popularne przy serwisowaniu kart graficznych, laptopów, konsol i urządzeń przenośnych.

Thermal putty zamiast termopadów – czy to dobry pomysł?

W wielu konstrukcjach tak.

Thermal putty eliminuje jeden z największych problemów związanych z wymianą termopadów – konieczność bardzo dokładnego ustalenia ich grubości.

Ma to szczególne znaczenie w kartach graficznych. Nawet dwa egzemplarze sprzedawane pod podobną nazwą mogą posiadać różne rewizje PCB lub chłodzenia. Informacja znaleziona w internecie, że konkretna karta wykorzystuje pad 1,5 mm, nie zawsze musi więc dotyczyć naszego egzemplarza.

Thermal putty znacznie łatwiej kompensuje niewielkie różnice wysokości.

Nie oznacza to jednak, że można nałożyć dowolną ilość materiału. Masa musi całkowicie wypełnić przestrzeń i zapewnić kontakt z radiatorem, ale nie ma sensu tworzyć ogromnych warstw produktu. Nadmiar zostanie wypchnięty na boki i utrudni późniejsze czyszczenie.

Najlepiej podczas demontażu zrobić zdjęcia fabrycznego układu chłodzenia i odtworzyć miejsca, w których producent zastosował pady lub putty.

Czy thermal putty można nakładać na rdzeń GPU?

Nie.

To bardzo ważna zasada, thermal putty jest materiałem do wypełniania szczelin i zastępowania termopadów. Nie powinno się go stosować bezpośrednio pomiędzy odsłoniętym rdzeniem CPU lub GPU a podstawą radiatora.

W tym miejscu należy użyć materiału przeznaczonego do bardzo cienkiej warstwy, czyli odpowiedniej pasty termoprzewodzącej albo materiału typu phase change.

Zastosowanie putty na rdzeniu może stworzyć zbyt grubą warstwę i znacząco pogorszyć przekazywanie ciepła.

Praktyczna zasada jest więc prosta:

CPU i rdzeń GPU – pasta termoprzewodząca lub odpowiedni materiał phase change.

VRAM, VRM i inne elementy z większą szczeliną – termopady albo thermal putty.

Pasta termoprzewodząca zamiast termopadu – czy można tak zrobić?

Najczęściej nie.

Klasyczna pasta nie została zaprojektowana jako materiał do wypełniania szczelin o grubości 0,5, 1 czy 2 mm. Przy tak dużej warstwie może zostać wypchnięta poza powierzchnię albo z czasem przemieścić się podczas kolejnych cykli nagrzewania i chłodzenia.

Dlatego jeżeli producent zastosował na pamięciach termopad lub putty, nie należy automatycznie zastępować go zwykłą pastą.

Wyjątkiem są konstrukcje, w których szczelina jest bardzo mała i producent sam przewidział zastosowanie odpowiedniego materiału pastopodobnego. Nie należy jednak zgadywać.

Przy typowej naprawie bezpieczniejszą zasadą jest odtworzenie rozwiązania zastosowanego fabrycznie albo użycie sprawdzonego zamiennika o tych samych właściwościach.

Co z PTM7950 i materiałami phase change?

Oprócz klasycznej pasty, termopadów i putty istnieje jeszcze jedna interesująca grupa materiałów – phase change TIM.

Najbardziej znanym przykładem jest Honeywell PTM7950. Podobne rozwiązania oferują również inni producenci.

Materiał tego typu występuje najczęściej jako cienki arkusz. Po osiągnięciu odpowiedniej temperatury zmienia swoje właściwości i bardzo dobrze wypełnia mikroskopijne nierówności pomiędzy układem a radiatorem.

PTM stosuje się na CPU lub GPU, czyli w miejscu, w którym normalnie używana byłaby pasta termoprzewodząca.

Nie należy mylić go z klasycznym silikonowym termopadem o grubości 1 czy 2 mm.

PTM ma zwykle ułamek milimetra grubości i po uruchomieniu urządzenia tworzy bardzo cienką warstwę między chłodzonym układem a radiatorem.

Jego dużą zaletą w laptopach i GPU jest odporność na zjawisko pump-out.

Co to jest pump-out pasty termoprzewodzącej?

Procesor lub GPU podczas pracy wielokrotnie nagrzewa się i stygnie. Poszczególne elementy układu chłodzenia minimalnie rozszerzają się i kurczą.

W laptopach i kartach graficznych, gdzie odsłonięty krzem styka się bezpośrednio z chłodzeniem, może prowadzić to do stopniowego wypychania klasycznej pasty poza środek powierzchni.

Po wielu cyklach termicznych warstwa może stać się nierównomierna, a temperatura hotspotu zaczyna rosnąć.

Nie wszystkie pasty są tak samo podatne na pump-out. Gęste i stabilne materiały zwykle radzą sobie lepiej niż bardzo rzadkie pasty.

Właśnie dlatego w laptopach i GPU coraz częściej stosuje się materiały phase change albo pasty zaprojektowane z myślą o wysokiej stabilności długoterminowej.

Nie oznacza to jednak, że klasyczna pasta jest złym rozwiązaniem. Dobrej jakości produkt prawidłowo nałożony na dobrze zaprojektowany układ chłodzenia może działać przez wiele lat.

Czy trzeba wymieniać termopady przy każdej wymianie pasty?

Nie zawsze.

Jeżeli podczas demontażu chłodzenia termopady zachowały właściwy kształt, nie są zabrudzone, popękane, wyschnięte ani mocno zdeformowane, często można je pozostawić.

Problem pojawia się wtedy, gdy pad rozrywa się podczas zdejmowania radiatora albo część materiału pozostaje na jednym elemencie, a część na drugim.

W takim przypadku trudno zagwarantować prawidłową grubość i równomierny kontakt po ponownym montażu.

Podobnie należy podejść do thermal putty. Jeżeli masa została mocno przemieszczona, zabrudzona albo część materiału została usunięta podczas czyszczenia, rozsądniej zastosować świeży materiał.

Nie ma jednak potrzeby automatycznie wyrzucać wszystkich fabrycznych termopadów tylko dlatego, że wymieniamy pastę na GPU.

Jak zmierzyć grubość starego termopadu?

Najlepszą sytuacją jest dostęp do dokumentacji producenta lub sprawdzonej instrukcji serwisowej konkretnego modelu.

Jeżeli takich informacji nie ma, można próbować zmierzyć stary materiał suwmiarką.

Trzeba jednak pamiętać, że termopad po kilku latach pracy był przez cały czas ściskany przez radiator. Jego aktualna grubość może więc być mniejsza niż nominalna wartość produktu użytego podczas produkcji.

Z tego powodu samo zmierzenie zużytego pada nie zawsze pozwala bezbłędnie ustalić, czy fabrycznie zastosowano 1 mm czy na przykład 1,5 mm miękkiego materiału.

Pomocne może być porównanie kilku punktów, sprawdzenie odcisków pozostawionych przez elementy oraz dokumentacji dotyczącej konkretnej rewizji sprzętu.

Jeżeli nie znamy wymaganych grubości i konstrukcja wykorzystuje kilka różnych wysokości, wysokiej jakości thermal putty może być praktyczniejszym rozwiązaniem.

Dlaczego po wymianie termopadów GPU może mieć wyższe temperatury?

To jeden z częstszych problemów po domowym serwisie karty graficznej.

Użytkownik wymienia stare pady na nowe, często wybierając model o wysokiej deklarowanej przewodności cieplnej, składa kartę i odkrywa, że temperatura rdzenia GPU lub hotspotu jest wyższa niż wcześniej.

Powodem może być niewłaściwa grubość albo twardość nowych padów.

Jeżeli pady są zbyt grube, radiator opiera się na pamięciach i sekcji zasilania, zanim prawidłowo dociśnie rdzeń GPU. Wystarczy bardzo niewielka różnica, ponieważ warstwa pasty na GPU powinna być wyjątkowo cienka.

Objawem może być duża różnica pomiędzy temperaturą GPU a hotspotem.

W takiej sytuacji ponowne nakładanie większej ilości pasty nie rozwiązuje rzeczywistego problemu. Trzeba sprawdzić docisk radiatora oraz zastosowane termopady.

Jak sprawdzić, czy chłodzenie dobrze przylega?

Podczas ponownego demontażu można przyjrzeć się śladom pozostawionym na materiale termoprzewodzącym.

Na paście pokrywającej GPU powinien być widoczny równomierny docisk na całej powierzchni.

Termopady powinny mieć delikatne odciski elementów oraz radiatora, ale nie powinny powodować widocznego wyginania PCB.

Jeżeli pad po złożeniu wygląda praktycznie tak samo jak przed montażem i nie widać na nim śladu kontaktu z radiatorem, prawdopodobnie jest za cienki.

Jeżeli został bardzo mocno zmiażdżony, a radiator ma problem z kontaktem z rdzeniem GPU, może być zbyt gruby lub zbyt twardy.

Thermal putty ułatwia ten proces, ponieważ znacznie łatwiej dopasowuje się do rzeczywistej wysokości szczeliny.

Pasta, termopad czy putty w laptopie?

W laptopach bardzo często występują wszystkie trzy rodzaje rozwiązań.

Na CPU i GPU producent może zastosować pastę lub materiał phase change. Pamięć VRAM i sekcja zasilania mogą korzystać z putty, a w innych częściach chłodzenia mogą znajdować się klasyczne termopady.

Nie należy więc zakładać, że skoro jeden materiał okazał się bardzo dobry w jednym miejscu, warto zastosować go wszędzie.

Przykładowa konfiguracja może wyglądać następująco:

• CPU – pasta lub PTM.
• GPU – pasta lub PTM.
• VRAM – thermal putty albo termopad o odpowiedniej grubości.
• VRM – thermal putty albo termopad.
• SSD M.2 – termopad dopasowany do radiatora lub obudowy.

Takie rozdzielenie dobrze pokazuje, że poszczególne materiały nie konkurują ze sobą bezpośrednio. Każdy rozwiązuje inny problem konstrukcyjny.

Pasta, termopady czy thermal putty w karcie graficznej?

Przy serwisowaniu GPU podstawowa zasada jest podobna.

Rdzeń karty wymaga bardzo cienkiej warstwy materiału i powinien otrzymać pastę lub odpowiedni phase change TIM.

Pamięci oraz VRM znajdują się zwykle w większej odległości od chłodzenia, dlatego wymagają termopadów albo thermal putty.

Jeżeli znamy dokładne grubości fabrycznych padów i mamy dostęp do miękkiego, dobrej jakości materiału, klasyczne termopady są bardzo dobrym rozwiązaniem.

Jeżeli karta wykorzystuje kilka różnych grubości, informacje dotyczące konkretnej rewizji są niepewne albo chcemy uniknąć problemu z doborem wysokości, putty może być wygodniejsze.

Nie oznacza to jednak, że zawsze będzie automatycznie lepsze termicznie. Bardzo dobry, prawidłowo dobrany termopad może działać znakomicie. Najważniejsze jest prawidłowe wypełnienie szczeliny bez zaburzenia docisku radiatora.

Czy warto wymieniać fabryczne materiały termoprzewodzące profilaktycznie?

Jeżeli karta graficzna lub laptop działa prawidłowo, temperatury nie wzrosły, wentylatory zachowują się normalnie i nie występuje throttling, rozbieranie sprawnego układu tylko po to, aby zastosować „lepszą” pastę lub pady nie zawsze ma sens.

Każdy demontaż chłodzenia wiąże się z ryzykiem.

Można uszkodzić termopady, zerwać śrubę, uszkodzić złącze wentylatora, niewłaściwie dobrać materiał albo pogorszyć docisk radiatora.

Znacznie lepszym powodem do serwisu są rzeczywiste objawy: rosnąca temperatura GPU, bardzo wysoki hotspot, przegrzewanie VRAM, głośniejsza praca wentylatorów, thermal throttling albo konieczność naprawy innego elementu wymagająca zdjęcia chłodzenia.

Przed rozebraniem sprawnej karty warto również wykonać test temperatur i zapisać wyniki. Po serwisie można wtedy sprawdzić, czy rzeczywiście nastąpiła poprawa.

Najważniejsza zasada przy doborze materiałów termoprzewodzących jest więc prosta: nie należy wybierać pasty, termopadu ani thermal putty wyłącznie na podstawie deklarowanej przewodności cieplnej. Najpierw trzeba określić, jaką szczelinę materiał ma wypełnić. Na CPU i rdzeniu GPU stosujemy bardzo cienką warstwę pasty albo odpowiedni materiał phase change. Większe odległości na VRAM i VRM wymagają termopadów lub thermal putty. Przy padach kluczowe są właściwa grubość, miękkość i kompresja, natomiast putty daje większą tolerancję na różnice wysokości i dlatego coraz częściej okazuje się wygodnym rozwiązaniem podczas serwisowania kart graficznych i laptopów. Zastosowanie odpowiedniego materiału w odpowiednim miejscu ma większe znaczenie niż wybór produktu z najwyższą liczbą W/mK na opakowaniu.